臭氧對干辣椒揮發性風味化合物及特征成分的影響

丁筑紅，王知松，韓江雪，李貴筑，俞 露

臭氧對干辣椒揮發性風味化合物及特征成分的影響

丁筑紅，王知松，韓江雪，李貴筑，俞 露

(貴州大學生命科學學院，貴州 貴陽 550025)

采用固相微萃取-氣-質聯用(SPEM-GC-MS)、高效液相色譜(HPLC)以及分光光譜(UV)分析技術，探討臭氧對干辣椒揮發性風味化合物、辣椒堿、辣椒紅素指標影響情況，結果發現：隨著臭氧處理時間增加，干椒揮發性風味成分種類及含量明顯減少，對照組與臭氧處理1、2、3h各實驗組檢出揮發性風味化合物分別為35種、34種、31種、12種，相對含量分別為99.364%、63.259%、49.076%、57.879%。干椒中辣椒堿、辣椒紅素含量水平隨著臭氧處理時間增加而逐漸減少，對照組與實驗組差異顯著(P＜0.05)。實驗表明，采用臭氧處理干辣椒，產品品質發生了不良變化。

辣椒；臭氧；風味化合物；辣椒堿；辣椒紅素

臭氧作為一種強氧化性氣體，具有廣譜、高效、快速、安全、無二次污染特點，在食品工業中作為一種冷殺菌技術可殺滅細菌芽胞、病毒、真菌等，并可破壞肉桿菌毒素，為綠色的氧化劑和消毒劑[1]，廣泛應用于飲用水殺菌處理、果蔬保鮮及空氣的除臭消毒等[2-4]，并在脫臭、脫色方面也顯示良好的應用前景[5]。干辣椒是辣椒產品加工的主要原料，作為一種低水分原料和產品，微生物污染是目前辣椒生產中的突出問題，微波、輻射、臭氧技術、活性包裝殺菌、沖擊波殺菌、磁力殺菌等[6-7]，對低水份產品殺菌研究已見報道，臭氧殺菌由于其特點在低水分產品殺菌中顯示出明顯優勢和適用性，在干辣椒殺菌中也顯示明顯效果[8]，但目前相關報道主要關注臭氧殺菌保鮮等特性，而對在臭氧對食品品質影響方面報道甚少。科學合理選擇臭氧處理技術，對提高安全保藏品質的同時減少對營養風味品質的影響十分必要。實驗采用固相微萃取-氣-質聯用(SPEMGC-MS)技術分析干辣椒臭氧殺菌處理后產品風味化合物變化，同時對辣椒特征成分辣椒堿、辣椒紅素變化情況進行分析，探討臭氧對干辣椒制品主要品質的影響，為科學合理利用該技術應用于辣椒及相關食品生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

干辣椒：本地農貿市場的新鮮成熟紅色辣椒，無損傷霉變，無蟲害雜質；在50℃鼓風干燥箱中烘干，粉碎，過40目篩備用。

丙酮、甲醇、乙醇、濃硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、氫氧化鈉、鹽酸、重鉻酸鉀、氯化鈷、三氯化鋁、亞硝酸鈉、硝酸鋁、四氫呋喃等，均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

5G臭氧發生器 廣州佳環臭氧科技有限公司；UV-7502紫外-可見分光光度計 上海欣茂儀器有限公司；固相微萃取器(100μm聚二甲基硅氧烷(PDMS)萃取纖維頭)美國Supelco公司；HP6890/5975C型GC-MS聯用儀 美國安捷倫公司；LC-20高效液相色譜儀 日本島津公司。1.3方法

1.3.1 干辣椒臭氧處理

采用臭氧處理條件為：臭氧質量濃度3mg/L、干椒粉物料濕度50%、料層厚度0.5cm，待臭氧發生器開啟20min后，送入物料，處理時間分別為1、2、3h后，50℃電熱烘干待測。

1.3.2 干辣椒揮發性物質的測定

采用SPEM-GC-MS方法，將裝有辣椒樣品的進樣瓶在80℃下加熱10min，保持恒溫，再將100μm聚二甲基硅氧烷(PDMS)萃取纖維頭插入進樣瓶，頂空萃取30min。

色譜條件：色譜柱為HP-5MS 5% Phenyl Methyl Siloxane (30m×0.25mm，0.25μm)彈性石英毛細管柱，柱溫45℃(保留0.5min)，以5℃/min升溫至290℃，保持2min；汽化室溫度250℃；載氣為高純He (99.999%)；柱前壓7.62psi，載氣流量1.0mL/min；分流比20:1。

離子源為EI源；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；電子能量70eV；發射電流34.6μA；倍增器電壓1037V；接口溫度280℃；質量范圍20～550u。

1.3.3 辣椒堿測定

參照GB/T 21266—2007《辣椒及辣椒制品中辣椒素類物質測定及辣度表示方法》。

1.3.4 辣椒紅色素測定

參照GB/T 22299—2008《辣椒粉天然著色物質總含量的測定》。

2 結果與分析

2.1 臭氧處理前后揮發性風味化合物檢測結果

干椒原料和臭氧處理后的可揮發性風味成分檢測結果見圖1～4總離子流色譜圖。

圖1 干辣椒原料揮發性風味物質GC-MS總離子流圖Fig.1 Total ion current chromatogram of volatile flavor components in non-ozone-treated dried capsicum

圖2 臭氧處理1h干辣椒揮發性風味物質GC-MS總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of volatile flavor components in dried capsicum receiving 1 h ozone treatment

圖3 臭氧處理2h干辣椒揮發性風味物質GC-MS總離子流圖Fig.3 Total ion chromatogram of volatile flavor components in dried capsicum receiving 2 h ozone treatment

圖4 臭氧處理3h干辣椒揮發性風味物質GC-MS總離子流圖Fig.4 Total ion chromatogram of volatile flavor components in dried capsicum receiving 3 h ozone treatment

由圖1～4可知，臭氧處理對干辣椒粉的揮發性成分影響明顯，出峰時間在30min之前，干椒原料揮發性物質相對集中，可分離和定性的可揮發性風味成分檢測出峰多，峰值較高，檢出物種類及含量均較豐富，而經臭氧處理1、2、3h的樣品，隨著處理時間延長，30min之前揮發性物質的出峰數量及峰值呈明顯減少和降低趨勢，在30min后被檢出的物質的種類及相對含量明顯增多，而30min后出峰的主要為大分子的烷烴及酯類物質，在檢出物中且其相對含量較高。臭氧處理前后辣椒粉可分離和定性的可揮發性風味成分組分及含量明顯不同且呈一定規律性變化。

2.2 臭氧處理前后辣椒粉揮發性化合物變化比較

表1 臭氧處理干椒揮發性成分比較Table 1 Volatile composition of dried capsicum without and with ozone treatment for 1, 2 h and 3 h

臭氧處理前后干椒揮發性風味化合物結果比較如表1所示。干椒原料分離定性可揮發性風味物質35種，占揮發性成分總量的99.364%。臭氧處理1h后分離定性可揮發性風味物質34種，占揮發性成分總量的63.259%。臭氧處理2h后分離定性可揮發性風味物質31種，占揮發性成分總量的49.076%。臭氧處理3h后分離定性可揮發性風味物質12種，占揮發性成分總量的57.879%。可見，臭氧處理對辣椒粉分離和鑒定的可揮發性風味物質影響大。隨著臭氧處理時間的增加，分離和定性的可揮發性風味物質的種類和相對含量均呈逐漸減少趨勢。

分離和定性的可揮發性風味物質中，原料經臭氧處理3h后，含量增加突出的成分烷烴類化合物，相對含量由18.379%上升到49.834%，占所檢出物質比例由18.50%上升到86.10%，另外，酯類物質由4.403%增加到5.525%，由于其均為大分子結構物質，大多不具備明顯呈味特征[9]，由于其相對含量比重增加，造成臭氧處理后干椒風味品質下降。

除大分子烷烴類、酯類化合物以外，干椒的其他可揮發性風味物質經臭氧處理后，含量均呈降低趨勢，酮類化合物由16.160%下降為1.625%，占檢出物質比例由16.26%下降到2.81%；含氮雜環類化合物由7.276%減少為0.895%，占檢出物質比例由7.32%下降為1.55%；其他萜烯類化合物、醛類、芳香族化合物、醇類化合物分別由21.068%、16.204%、3.247%、1.024%下降至0，未能檢出。而相對原料干椒，其甲基吡嗪類雜環化合物7.276%，具有堅果香、花生香和面包香[10]；芳樟醇含量1.806%，具有令人愉悅的鈴蘭花香氣[11]；羅勒烯、欖香烯、雪松烯、香橙烯，共21.068%，具有松柏植物香油特征[12]且含量高，對辣椒香味有重要的貢獻；丁醛、甲基丁醛，共16.204%，一般香氣強度大[13]。而這些良好的風味化合物，經過臭氧處理后，普遍呈下降趨勢，甚至完全消失。

由此可見，辣椒中揮發性風味化合物對臭氧敏感，隨著臭氧處理時間的延長，可揮發性風味物質的組分和含量均逐漸減少，呈香呈味物質消失或者含量驟減，無明顯特征風味的大分子烷烴物質增加。劉通訊等[14]曾研究臭氧處理普洱茶，香氣成分同樣發生顯著的變化，由于原料差異，風味物質變化情況與干辣椒有所不同，其產生大量醛類中性致香成分，酮類化合物也有一定程度增加，但其香氣成分中酸類和酯類物質則顯著減少。所以，臭氧作為一種強氧化劑，在食品生產加工中應用過程中，也應關注其對食品風味品質的不同影響，針對不同食品特點和應用需求，合理選擇的臭氧處理條件和原料狀態，以最大限度保證產品品質。

2.3 臭氧處理對干辣椒中辣椒堿的影響

辣椒堿是一種極度辛辣的香草酰氨類生物堿，是辣椒辛辣味的主要來源，具有多種功能特性[15]，為辣椒特征成分，也是辣椒精深加工的有效成分。干椒臭氧處理后辣椒堿的含量的變化如圖5所示。

圖5 臭氧處理干辣椒辣椒堿含量變化Fig.5 Numbers of volatile flavor components in dried capsicum without and with ozone treatment for 1, 2 h and 3 h

由圖5可知，不同臭氧處理時間辣椒粉辣椒堿含量的檢測發現，隨著臭氧處理時間的延長，辣椒堿的含量逐漸減少，據報道[16-17]，辣椒果實中辣椒堿被氧化，可生成其他次生物質 5’,5-二辣椒堿聚合體、4’-O-5-二辣椒堿酯以及一些高度聚合的脫氫產物。臭氧處理1、2、3h，辣椒中的辣椒堿的含量分別為175.2、164.7、161.4mg/100g，與對照198.2mg/100g相比，分別下降11.60%、16.90%和18.57%，經方差分析，對照組與處理組辣椒堿含量差異顯著(P＜0.05)，臭氧處理1、2、3h。組間差異顯著(P＜0.05)，臭氧處理對辣椒粉中的辣椒堿有破壞作用。臭氧處理2h與3h組結果間差異不顯著(P＞0.05)，可能是由于隨著臭氧處理時間延長，相對于料層表面，臭氧氣體擴散進入辣椒料層內部的速度減慢，致使內部辣椒堿接受的臭氧減少，氧化變化減緩。

2.4 臭氧處理對干辣椒中辣椒紅色素的影響

對臭氧處理組與對照組進行辣椒紅色素的測定，測定結果如圖6所示。

圖6 臭氧處理干辣椒辣椒紅素含量變化Fig.6 Contents of volatile flavor component groups in dried capsicum without and with ozone treatment for 1, 2 h and 3 h

辣椒紅素屬于類胡蘿卜素中含氧衍生物類(葉黃素類)色素。辣椒紅素作為辣椒特征成分，通常作為衡量辣椒品質的主要指標，也是工業上提取天然紅色素的重要來源，且具有多種生理功能[18]。辣椒色素色價降低、生理功能下降[19]，嚴重影響其開發應用價值。由圖8可知，臭氧處理對辣椒中的辣椒紅素有破壞作用，隨著臭氧處理時間的增長，辣椒紅素的含量減少。研究報道也表明[20]，辣椒紅素對氧化劑不穩定，易被氧化，可被逐步氧化為β-烏酸[21]。臭氧處理時間1、2、3h，干辣椒粉中的辣椒紅素的含量分別為393.0、374.0、365.1mg/100g，與對照519.2mg/100g相比，分別下降24.3%、28.0%和29.7%，經方差分析得出，對照組與處理組辣椒紅素存在顯著性差異(P＜0.05)，臭氧處理1h與臭氧處理2、3h組間差異顯著(P＜0.05)，臭氧處理2h與3h組結果差異不顯著(P＞0.05)。

辣椒紅色素儲存在辣椒果實的完整組織細胞中，由于受到細胞膜及細胞內某些成分的保護并形成脂類，具有較高的穩定性。當需完整細胞受損或辣椒紅色素被提取出來以后，失去了細胞膜等生物保護機制，更易被氧化分解而褪色[22]。本研究采用辣椒粉為實驗樣品，由于原料料層厚度影響臭氧穿透作用，另外也可能由于原料色素細胞未被完全破壞，同時辣椒中含有防止辣椒紅色素褪色的穩定劑有蘆丁、兒茶素、槲皮素、咖啡酸，綠原酸、VE、VC等[23]，可能造成后期色素氧化變化差異不顯著，也可能使以完整果塊、辣椒粉或色素提取物為原料進行實驗的結果出現差異。

3 討 論

干辣椒在臭氧處理過程揮發性成分發生了很大的變化，呈香風味化合物的種類及含量明顯減少和降低，特征功能成分辣椒堿及辣椒紅素的含量也減少，總體品質呈下降趨勢，說明臭氧作為一種簡單實用的殺菌劑，在生產實踐中其對產品品質的負面影響值得關注。實驗采用粉碎后干椒進行實驗，較整果或大塊形的辣椒原料而言，原料完整的組織細胞破壞，生物保護作用喪失，會增強臭氧氣體對底物的接觸和作用；同時，原料經一定潤水處理，強化了臭氧條件，提高了臭氧的殺菌能力[24-25]，但同時，也增強了臭氧對底物的破壞，從而加速了辣椒品質的劣變。因此，在臭氧技術的應用實踐中，針對不同目的需求，科學合理制定臭氧處理參數條件，同時考慮原料特征對臭氧的適應性，最大限度減少臭氧技術帶來的不良影響具有重要意義。

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Influence of Ozone Treatment on the Volatile Flavor and Characteristic Components of Dried Capsicum

DING Zhu-hong，WANG Zhi-song，HAN Jiang-xue，LI Gui-zhu，YU Lu
(College of Life Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

Head space solid-phase microextraction coupled with capillary gas chromatography-mass spectrometry (SPMEGC-MS), high performance liquid chromatography (HPLC) and ultraviolet (UV)-visible absorption spectrometry were employed to explore the influence of ozone treatment on the volatile flavor components, capsaicin and capsanthin in dried capsicum. As ozone treatment time prolonged, the number and amount of volatile flavor components in dried capsicum both decreased. A total of 35, 34, 31 and 12 volatile flavor components were found in non-ozone-treated dried capsicum and ones treated with ozone for 1, 2 h and 3 h, respectively. Dried capsicum treated for a longer period of time had lower contents of both capsaicin and capsanthin, and there was a significant difference between the control and the experimental groups (P ＜ 0.05). These findings demonstrate that ozone treatment deteriorate the quality of dried capsicum.

capsicum；ozone；volatile flavor components；capsaicin；capsanthin

TS255.5

A

1002-6630(2010)19-0186-04

2010-06-22

貴州省科技計劃項目[黔科合NY字(2008)3027]

丁筑紅(1966—)，女，教授，研究方向為農產品貯藏加工與利用。E-mail：gzdxdzh@163.com